[01327237]高比能量锂硫电池的新型隔膜材料研究

项目开展了磺化聚芳醚、聚醚醚酮、聚苯硫醚等高性能高分子材料为基材制备多孔隔膜的研究，通过相转移方法、二维材料修饰、功能化修饰等方法对隔膜进行功能化改性，进一步提高其锂离子传导率和多硫离子抑制效应，提高锂离子传导的选择性。

采用SEM、TEM、IR等技术对隔膜的微观结构进行了表征，结合原位电化学表征技术，将隔膜的结构与电池的电化学性能进行关联，揭示了结构与性能的关系。

发表SCI论文12篇，申请发明专利6件，培养博士研究生2人，硕士研究生3人。

主要成果如下：

（1）通过计算模拟和实验探究，得出采用双组份稀释剂的热致相分离法制备PEEK多孔隔膜，孔隙率高达70.3%，孔径大小均一（平均孔径为580 nm），Gurely透气值为142 s;PEEK隔膜上大量的极性官能团及高孔隙率使得其对电解液浸润性优异，电解液接触角为18°，吸液率为387%;此外，PEEK隔膜熔点高达343 ℃，因此在300℃下几乎无热收缩，具有优异的阻燃性能（UL940，LOI为37）。

通过合成一种具有锂离子传导性的磺化SEBS，并与导电碳球混合用于商业隔膜修饰，该功能化隔膜使锂硫电池在0.5 C倍率下表现出1066 mAh g-1的初始放电比容量，经过350次循环，仍保持762.7 mAh g-1的高放电比容量在2C倍率下，具有750 mAh g-1的高的放电比容量和优异的容量恢复性能。

使用宣纸为原料制备一种具有无机氧化物掺杂的碳毡材料，并通过简单涂覆方法，使用具有磺酸基结构聚芳醚SPFEK和Super P进行修饰，得到一种具有多硫离子吸附层和排斥层的双层结构的中间层，应用于锂硫电池的正极和隔膜之间。使用该中间层的锂硫电池在2.0C倍率下具有837 mAh g-1的放电比容量，在0.5C倍率下表现出1073.4 mAh g-1的初始放电比容量和优异的容量保持率：经过500次循环仍保持824.5 mAh g-1的高比容量。

以亚甲基蓝为原料通过热解插层混合物制备同时含有N，S元素的片层结构的碳材料。该杂原子掺杂碳材料具有丰富的微介孔结构和优异的导电性，表现出优异的多硫离子吸附性能。在无粘结剂的情况下，使用该碳材料对隔膜进行修饰。

该修饰隔膜在锂硫电池系统中表现出优异的电化学性能：

电池具有高的初始放电比容量1048.7 mAh g-1，经过500次循环后仍保持有689.9 mAh g-1的高的可逆比容量。